CN104234992B - 一种柱塞泵功率控制装置及其控制方法 - Google Patents

一种柱塞泵功率控制装置及其控制方法 Download PDF

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本发明涉及一种柱塞泵功率控制装置及其控制方法，具有控制阀体、阀芯、阀套、止动螺堵、弹簧预加载机构、反馈机构和滑阀；控制阀体上设有进油口P、出油口Ps和2个泄油口T；阀芯设置在阀套内，阀套与阀芯形成3位2通结构阀，阀套与阀芯之间形成E腔,E腔长通进油口P；滑阀设置在阀芯一端中心部，滑阀与阀芯在阀芯径向上形成C腔，滑阀的圆球端与止动螺堵接触；止动螺堵设置在控制阀体的一端；弹簧预加载机构设置在控制阀体的另一端；阀套、阀芯、滑阀设置在止动螺堵与弹簧预加载机构之间；反馈机构铰链在控制阀体上。本发明能实现液压柱塞泵对输出功率的控制，泵的功率输出曲线用两根折线模拟，误差较小；阀芯通过C腔压力加载变量灵活。

Description

一种柱塞泵功率控制装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及机械制造技术领域，特别涉及一种柱塞泵功率控制装置及其控制方法。
背景技术
功率控制是液压泵常见的控制方式，其特点是在一定的工作压力范围内，通过功率控制使得泵的输出功率恒定，既W=PQ。该种控制是将泵出口压力油通过功率控制装置调节进入变量活塞或通过功率控制装置将变量活塞的压力油卸掉，以推动伺服活塞移动来实现泵排量变化，变量活塞移动的同时又带动功率控制装置的反馈杆反向移动，至功率控制装置调节关闭后，泵变量过程完成。
图1为市场上见到的受知识产权保护的一种功率控制，该种功率控制装置中包含有3位2通阀结构功能的阀芯、阀套，通过阀芯、阀套的移动来控制功率控制装置中P进口与出口Ps或与泄油口T接通。阀芯被设置为具有台阶式的结构，见详细视图I,它的A处和B处的直径不同，分别为φd和φD，中间引入压力腔，因两直径的面积差而作用于阀芯的力为F=pπ(D2-d2)/4,另一端设置有弹簧加载机构，反向预加载力。反馈杆固定铰链于阀体上旋转，一端与阀套链接，另外一端留有开口，可与变量活塞连接，其功能为杠杆原理，使得变量活塞的移动与阀套移动方向相反,以实现机械反馈过程。
因该种结构的阀套和阀芯所构成的3位2通阀配合直径为2个不同的直径，对阀套和阀芯的圆柱度及两台阶直径间的同轴度等要求较高，加工难度大，批量生产成本较高。阀套和阀芯因各自的两台阶直径的同轴误差是客观存在的，故会出现变量卡塞的现象。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种结构简单，零件加工难度低，批量加工成本低、误差较小、变量灵活的一种柱塞泵功率控制装置及其控制方法。
实现本发明目的的技术方案是：一种柱塞泵功率控制装置，具有控制阀体、阀芯、阀套、止动螺堵、弹簧预加载机构和反馈机构；所述控制阀体上设有进油口P、出油口Ps和2个泄油口T；所述出油口Ps外接泵体的变量活塞腔；所述阀芯设置在阀套内，阀套与阀芯之间形成E腔,E腔长通进油口P；所述止动螺堵设置在控制阀体的一端；所述弹簧预加载机构设置在控制阀体的另一端；所述阀套设置在止动螺堵与弹簧预加载机构之间，阀套与阀芯形成3位2通结构阀，阀套与阀芯之间形成E腔,E腔长通进油口P；所述反馈机构铰链在控制阀体上；一端与阀套相接，带动阀套沿轴向移动，另外一端与变量活塞相连；所述阀芯一端中心部位设置有滑阀，滑阀与阀芯间设置有压力容腔C，滑阀受C腔压力紧贴在止动螺堵上；所述滑阀的圆球端与止动螺堵接触；所述止动螺堵与阀套间通过一个泄油口T泄油，阀套与弹簧预加载机构间通过另一个泄油口T泄油。
上述技术方案所述的阀芯所受液压力主要因为滑阀的存在，液压力为F=pπd2/4，d为滑阀直径。
上述技术方案所述止动螺堵近阀芯的平面与滑阀轴线之间的垂直度为0.05mm以内；
上述技术方案所述功率控制装置中，止动螺堵与阀套、阀芯间通过一个泄油口T泄油，阀套与弹簧预加载机构间通过另一个泄油口T泄油。
上述技术方案所述弹簧预加载机构包括第一弹簧座、大弹簧、小弹簧、第二弹簧座、螺套和螺母；所述螺套上具有截面呈倒“凸”字形的凹槽，螺套拧入控制阀体，并通过螺母固定在控制阀体的一端；所述第一弹簧座与第二弹簧座相对设置在凹槽内，第一弹簧座与第二弹簧座之间设有小弹簧与大弹簧；所述小弹簧设置在大弹簧内。
上述技术方案所述弹簧预加载机构还具有调节螺钉；所述调节螺钉的一端拧入螺套与第二弹簧座接触。
一种柱塞泵功率控制装置的控制方法，具体步骤如下：
①设定弹簧预加载机构的数值；
②从进油口P引入泵出口压力油，通过E腔体进入阀芯与滑阀间的C腔内，泵出口压力油推动滑阀和阀芯向相反方向运动,滑阀止动于止动螺堵，阀芯向压缩弹簧预加载机构移动，或进油口P压力降低，弹簧预加载机构推动阀芯克服C腔压力作用反向移动；
③进行二值化处理，完成泵升压或降压的变量过程。
上述技术方案所述步骤③的具体过程为：当引入C腔的泵出口压力增加并超过弹簧预加载机构5设定的数值时，阀芯2向压缩弹簧预加载机构5方向移动，移动至进油口P、E腔与出油口Ps接通、出油口Ps与泄油口T断开时，压力油通过出油口Ps进入变量活塞腔，推动变量活塞向柱塞泵小摆角移动，同时，反馈机构6带动阀套3向关闭方向移动，至进油口P与出油口Ps断开、出油口Ps与泄油口T接通时，变量活塞的压力油开始被卸掉，使其向小摆角方向移动停止并向柱塞泵大摆角移动，同时，反馈机构6带动阀套3向变量活塞运动的反方向移动，至进油口P与出油口Ps再次接通，上述两过程交替进行，使变量活塞处于微小脉动中；此时，泵变量升压过程完成；
当引入C腔的泵出口压力降低且低于弹簧预加载机构5设定的数值时，进油口P、E腔与出油口Ps断开、出油口Ps与泄油口T接通，变量活塞向柱塞泵大摆角移动，同时，反馈机构6带动阀套3向变量活塞运动的反方向移动，至进油口P与出油口Ps接通、出油口Ps与泄油口T断开时，压力油止动变量活塞移动并反推变量活塞向柱塞泵小摆角移动，上述两过程交替进行，使变量活塞处于微小脉动中；此时，泵变量降压过程完成。
采用上述技术方案后，本发明具有以下积极的效果：
（1）本发明提及的功率控制方式及装置能实现液压柱塞泵对输出功率的控制，泵的功率输出曲线用两根折线模拟，误差较小；结构简单，零件加工难度低，批量加工成本低。阀变量灵活，变量控制稳定性高。
（2）本发明的止动螺堵的靠近阀芯的平面与滑阀的轴线之间有垂直度要求，可以避免滑阀受到径向力。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1为传统的功率控制装置结构示意图；
图2为图1中Ⅰ处的放大示意图；
图3为本发明的结构示意图；
图4为图3中Ⅱ处的放大示意图；
图5为本发明的原理图；
图6为本发明的实际功率输出曲线图；
附图中标号为：控制阀体1、阀芯2、阀套3、止动螺堵4、弹簧预加载机构5、第一弹簧座51、大弹簧52、小弹簧53、第二弹簧座54、螺套55、螺母56、调节螺钉57、反馈机构6、滑阀7。
具体实施方式
（实施例1，一种柱塞泵功率控制装置）
见图3至图5，一种柱塞泵功率控制装置，具有控制阀体1、阀芯2、阀套3、止动螺堵4、弹簧预加载机构5、反馈机构6和滑阀7；控制阀体1上设有进油口P、出油口Ps和2个泄油口T；出油口Ps外接泵体的变量活塞腔；阀芯2设置在阀套3内，阀套3与阀芯2形成3位2通结构阀，阀套3与阀芯2之间形成E腔；滑阀7设置在阀芯2一端中心部，滑阀7与阀芯2在阀芯2径向上形成C腔，滑阀7的圆球端与止动螺堵4接触；止动螺堵4设置在控制阀体1的一端；弹簧预加载机构5设置在控制阀体1的另一端；阀套3、阀芯2、滑阀7设置在止动螺堵4与弹簧预加载机构5之间；反馈机构6铰链在控制阀体1上，绕铰链销旋转，一端通过滑动副结构带动阀套3沿轴线移动，另外一端也通过滑动副结构与变量活塞链接，随变量活塞沿轴线移动。
止动螺堵4近阀芯2的平面与滑阀7轴线之间的垂直度为0.05mm以内，避免滑阀7受到径向力。
功率控制装置具有2个泄油口T，止动螺堵与阀套之间设置有一个泄油口T，阀套与弹簧预加载机构间设置有一个泄油口T。
弹簧预加载机构5对输出功率进行调节，弹簧预加载机构5包括第一弹簧座51、大弹簧52、小弹簧53、第二弹簧座54、螺套55和螺母56；螺套55上具有截面呈倒“凸”字形的凹槽，螺套55插入控制阀体1，并通过螺母56固定在控制阀体1的一端；第一弹簧座51与第二弹簧座54相对设置在凹槽内，第一弹簧座51与第二弹簧座52之间设有小弹簧53与大弹簧54；小弹簧53设置在大弹簧54内。
弹簧预加载机构5还具有调节螺钉57；调节螺钉57的一端拧入螺套55与第二弹簧座54接触。
（实施例2，一种柱塞泵功率控制装置的控制方法）
一种柱塞泵功率控制装置的控制方法，具体步骤如下：
①设定弹簧预加载机构5的数值；
②从进油口P引入泵出口压力油，通过阀套3进入阀芯2的C腔内，泵出口压力油推动滑阀7和阀芯2向相反方向运动，滑阀止动于止动螺堵，阀芯向压缩弹簧预加载机构移动；或进油口P压力降低，弹簧预加载机构推动阀芯克服C腔压力作用反向移动；
③进行二值化处理，当引入C腔的泵出口压力增加并超过弹簧预加载机构5设定的数值时，阀芯2向压缩弹簧预加载机构5方向移动，移动至进油口P、E腔与出油口Ps接通、出油口Ps与泄油口T断开时，压力油通过出油口Ps进入变量活塞腔，推动变量活塞向柱塞泵小摆角移动，同时，反馈机构6带动阀套3向关闭方向移动，至进油口P与出油口Ps断、出油口Ps与泄油口T接通时，变量活塞的压力油开始被卸掉，使其向小摆角方向移动停止并向柱塞泵大摆角移动，同时，反馈机构6带动阀套3向变量活塞运动的反方向移动，至进油口P与出油口Ps再次接通，上述两过程交替进行，使变量活塞处于微小脉动中；此时，泵变量升压过程完成；
当引入C腔的泵出口压力降低且低于弹簧预加载机构5设定的数值时，进油口P、E腔与出油口Ps断开、出油口Ps与泄油口T接通，变量活塞向柱塞泵大摆角移动，同时，反馈机构6带动阀套3向变量活塞运动的反方向移动，至进油口P与出油口Ps接通、出油口Ps与泄油口T断开时，压力油止动变量活塞移动并反推变量活塞向柱塞泵小摆角移动，上述两过程交替进行，使变量活塞处于微小脉动中；此时，泵变量降压过程完成。
见图6，在液压柱塞泵上的实际输出功率曲线由2根折线代替理论的曲线，误差在3%以内。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种柱塞泵功率控制装置，具有控制阀体(1)、阀芯(2)、阀套(3)、止动螺堵(4)、弹簧预加载机构(5)和反馈机构(6)；所述控制阀体(1)上设有进油口P、出油口Ps和2个泄油口T；所述出油口Ps外接泵体的变量活塞腔；所述阀芯(2)设置在阀套(3)内，阀套(3)与阀芯(2)之间形成E腔,E腔长通进油口P；所述止动螺堵(4)设置在控制阀体(1)的一端；所述弹簧预加载机构(5)设置在控制阀体(1)的另一端；所述阀芯(2)和阀套(3)设置在止动螺堵(4)与弹簧预加载机构(5)之间，阀套(3)与阀芯(2)形成3位2通结构阀；所述反馈机构(6)铰链在控制阀体(1)上，一端与阀套(3)相接，带动阀套(3)沿轴向移动，另外一端与变量活塞相连；其特征在于：所述阀芯(2)一端中心部位设置有滑阀(7)，滑阀(7)与阀芯(2)间设置有压力容腔C，滑阀(7)受C腔压力紧贴在止动螺堵(4)上；所述滑阀(7)的圆球端与止动螺堵(4)接触；所述止动螺堵(4)与阀套(3)间通过一个泄油口T泄油，阀套(3)与弹簧预加载机构(5)间通过另一个泄油口T泄油。
2.根据权利要求1所述的柱塞泵功率控制装置，其特征在于：所述止动螺堵(4)近阀芯(2)的平面与滑阀(7)轴线之间的垂直度为0.05mm以内。
3.根据权利要求2所述的柱塞泵功率控制装置，其特征在于：所述弹簧预加载机构(5)包括第一弹簧座(51)、大弹簧(52)、小弹簧(53)、第二弹簧座(54)、螺套(55)和螺母(56)；所述螺套(55)上具有截面呈倒“凸”字形的凹槽，螺套(55)拧入控制阀体(1)，并通过螺母(56)固定在控制阀体(1)的一端；所述第一弹簧座(51)与第二弹簧座(54)相对设置在凹槽内，第一弹簧座(51)与第二弹簧座(54)之间设有小弹簧(53)与大弹簧(52)；所述小弹簧(53)设置在大弹簧(52)内。
4.根据权利要求3所述的柱塞泵功率控制装置，其特征在于：所述弹簧预加载机构(5)还具有调节螺钉(57)；所述调节螺钉(57)的一端拧入螺套(55)与第二弹簧座(54)接触。
5.一种柱塞泵功率控制装置的控制方法，其特征在于，具体步骤如下：①设定弹簧预加载机构(5)的数值；
②从进油口P引入泵出口压力油，通过E腔体进入阀芯(2)与滑阀(7)间的C腔内，泵出口压力油推动滑阀(7)和阀芯(2)向相反方向运动,滑阀(7)止动于止动螺堵(4)，阀芯(2)向压缩弹簧预加载机构(5)移动，或进油口P压力降低，弹簧预加载机构(5)推动阀芯(2)克服C腔压力作用反向移动；
③进行二值化处理，完成泵升压或降压的变量过程。
6.根据权利要求5所述的柱塞泵功率控制装置的控制方法，其特征在于，所述步骤③的具体过程为：当引入C腔的泵出口压力增加并超过弹簧预加载机构(5)设定的数值时，阀芯(2)向压缩弹簧预加载机构(5)方向移动，移动至进油口P、E腔与出油口Ps接通、出油口Ps与泄油口T断开时，压力油通过出油口Ps进入变量活塞腔，推动变量活塞向柱塞泵小摆角移动，同时，反馈机构(6)带动阀套(3)向关闭方向移动，至进油口P与出油口Ps断、出油口Ps与泄油口T接通时，变量活塞的压力油开始被卸掉，使其向小摆角方向移动停止并向柱塞泵大摆角移动，同时，反馈机构(6)带动阀套(3)向变量活塞运动的反方向移动，至进油口P与出油口Ps再次接通，上述两过程交替进行，使变量活塞处于微小脉动中；此时，泵变量升压过程完成；
当引入C腔的泵出口压力降低且低于弹簧预加载机构(5)设定的数值时，进油口P、E腔与出油口Ps断开、出油口Ps与泄油口T接通，变量活塞向柱塞泵大摆角移动，同时，反馈机构(6)带动阀套(3)向变量活塞运动的反方向移动，至进油口P与出油口Ps接通、出油口Ps与泄油口T断开时，压力油止动变量活塞移动并反推变量活塞向柱塞泵小摆角移动，上述两过程交替进行，使变量活塞处于微小脉动中；此时，泵变量降压过程完成。
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